МУТАГЕНЕЗ

Смотрите также:

Медицинская библиотека

Инфекционные болезни

Энциклопедия традиционной и нетрадиционной медицины

Биология

Медицинский справочник

Судебная медицина

Физиология человека

Внутренние болезни

Уход за больными

Внутренние болезни

Болезни желудка и кишечника

Болезни кровообращения

Болезни нервной системы

Микро-биология

Палео-патология – болезни древних людей

Общая биология

Лечебное питание

Лекарственные растения

История медицины. Сорокина

Марчукова. Медицина в зеркале истории

Биографии врачей и биологов

Пособие по биологии

— процесс возникновения наследственных изменений организма — мутации. Редкое появление среди нормальных организмов измененных особей было известно давно. Однако научное описание явлений мутагенез было сделано лишь в 1899 г. рус. ученым С. И. Коржинским и в 1900—1901 гг. гол. генетиком Г. де Фризом, к-рьш, в частности, ввел термины <мутация» (лат. изменение) и «мутагенез». Способность мутировать присуща всем формам жизни на Земле и лежит в основе фундаментального свойства живого — изменчивости. Сущность мутаций состоит в изменении структуры дезокси-рибонуклеиновой к-ты (ДНК), являющейся носителем генетической информаггип (см. Нуклеиновые кислоты). Мута-дпи приводят к возникновению нового признака или изменению (утрате) старого. Различают спонтанный (возникающий в естественных условиях без четко регистрируемых внешних воздействий) и индуцированный (в результате искусственных воздействий) М.

'Природа спонтанного М. изучена недостаточно. Долгое время ученые считали, что спонтанные мутации возникают под действием естественного фона радиации (в т. ч. космич. лучей), а также остаточных количеств нек-рых химич. веществ, образующихся за счет разложения природных органич. соединений или в процессе хозяйственной и бытовой деятельности человека. Одним из факторов спонтанного М. являются химич. соединения, естественно образующиеся в организме как промежуточные продукты обмена веществ. Многие ученые считают ведущей причиной спонтанного М. * ошибки» ферментов, взаимодействующих с ДНК при размножении клеток, устранении повреждений ДНК (см. Репарация генетическая) или в процессе обмена генами (см. Ген). Экспериментально установлено, что частота спонтанного М. близка к частоте <ошибок» ферментов, участвующих в генетических процессах.

Индуцированные мутации возникают под влиянием повреждающего действия на генетический аппарат клеток некоторых физич. и химич. агентов. Впервыеин-дуцированные (искусственные) мутации были получены в' 1925 г. советскими учеными Г. А. Надсоном и Г. С. Филипповым путем облучения клеток дрожжей рентгеновскими лучами. В 1927 г. амер. генетик Г. Меллер установил мутагенное действие рентгеновских лучей в отношении мушки дрозофилы. В 1928 г. советский микробиолог М. Н. Мейсель опубликовал результаты исследований, доказавших возможность получения мутаций при воздействии на клетки химич. соединений — так наз. химический мутагенез, широкое изучение к-рого стало проводиться с начала 30-х гг. в основном советскими генетиками (В. В. Сахаров, С. М. Гершензон и др.). Теоре-тич. основы этого направления разрабатывались советским генетиком И. А. I- а-попортом, англ. ученым Ш. Ауэрбахом, амер. ученым Э. Фризом. Факторы, вызывающие мутации (различные виды излучений, химич. соединений), стали называть   мутагенами.

Мутагены" взаимодействуют с молекулами ДНК, непосредственно изменяя их структуру, пли оказывают на них опосредованное действие.

Прямое действие на ДНК сопровождается, как правило, пропорциональным возрастанием частоты мутаций при увеличении дозы или времени воздействия мутагена. Однако довольно часто зависимость М. от дозы облучения, времени обработки или от концентрации хиыич. мутагенов оказывается более сложной, что обусловлено в основном двумя группами причин. Во-первых, при взаимодействии мутагенов с ДНК (или с хромосомой как морфо-логич. структурой) в ряде случаев для появления мутаций однократного воздействия мутагенного фактора оказывается недостаточно; мутация возникает лишь после двух или большего числа воздействий. Во-вторых, как уже говорилось, мутагены могут взаимодействовать не прямо с ДНК, а оказывать опосредованное (непрямое) действие. Напр., мутаген может вызывать образование в клетках значительного количества различных промежуточных химич. соединений (радикалов), к-рые в дальнейшем взаимодействуют с хромосомами и ДНК, изменяя их строение. Многие мутагены сохраняются в клетках длительное время (нередко в течение нескольких клеточных делений), проявляя так наз. последействие. Кроме того, установлено, что нередко повреждения, возникающие в ДНК, остаются в неизменном состоянии в течение длительного времени, тогда как проявление этих повреждений в виде новых мутаций имеет место у далеких потомков особей, подвергшихся мутагенному воздействию. Изменение скорости и характера мутирования происходит также из-за вмешательства в М. различных ферментов, способных устранять из ДНК ее поврежденные звенья (см. Репарация генетическая).

При возникновении генных мутаций одно или несколько оснований в структуре гена могут перемещаться на другое место в этой же или в другие хромосомы (транслокации), удваиваться (дупликации), теряться (делеции) или оставаться на том же месте в хромосоме, но оказываться повернутыми на 180° (инверсии) и др. Хромосомные мутации подразделяют на дупликации, при которых отдельные участки хромосом удваиваются или утраиваются; инверсии, когда участки хромосом оказываются перевернутыми на 180е; транслокации, при которых наблюдается перенос участков хромосом на другое место в пределах той же хромосомы или в другую хромосому; делеции, сопровождающиеся утратой частей хромосом большей или меньшей длины; фрагментации, при которых хромосома распадается на значительное число участков и прекращает свое существование в виде морфологически целостной структуры; и циклизации, приводящие к замыканию концов хромосомы и образованию кольцевой хромосомы.

В случае геномных мутаций весь хромосомный набор может или уменьшаться вдвое (гаплоиды) или увеличиваться вдвое и больше раз (полиплоиды). Могут быть также потеряны отдельные хромосомы набора   (анеуплоиды).

Типы мутаций. Мутации подразделяют на три типа: генные, хромосомные и геномные (1). Изменения, затрагивающие структуру ДНК в пределах отдельных генов, называют генными мутациям и. В свою очередь, генные мутации подразделяют на точечные и протяженные (2). Под точечными мутациями понимают изменения одиночных азотистых оснований в структуре ДНК: замена одних оснований другими, приводящая к изменению генетической записи (см. Генетический код) в пределах данного гена; выпадения или вставки отдельных звеньев ДНК (нуклеотидов), нарушающие порядок считывания генетической информации в пределах гена таким образом, что соединяется в новом месте в пределах гена') и делеции (возникают в том случае, если выпавший участок гена теряется).

Хромосомные мутации (хромосомные перестройки, или аберрации). На стадии деления клеток каждая хромосома состоит из двух продольных частей, называемых хроматидами. В зависимости от того, является ли аберрация следствием изменения одной хро-матиды или хромосомы в целом, перестройки называют хроматидными и хромосомными. Хромосомные перестройки возникают после того как образуется один или несколько разрывов хромосом или отдельных хроматид. Оторвавшийся участок хромосомы может нек-рое время существовать в клетке в виде одиночного фрагмента, но при делении клетки он может быть потерян, и в месте отрыва возникает хрома-тидная  или  хромосомная  делеция.

Освободившиеся в результате разрывов концы хромосом могут взаимодействовать друг с другом, формируя так наз. обменные аберрации, при к-рых участки хромосомы могут оказаться в другом месте в той же хромосоме или же переместиться в другую хромосому с сохранением порядка расположения генов (транслокация) или поворотом выпадающего участка на 180°   (инверсия).

При нарушении в клетках структур, обеспечивающих деление клеток (митоз), отдельные удвоившиеся хромосо1-мы или весь набор хромосом после его удвоения могут остаться в той лее клетке. Такие мутации называют геном-н ы м и. В случае нерасхождения по дочерним клеткам отдельных хромосом возникают клетки, называемые анеу-плоидными, при нерасхождении полных наборов хромосом возникают полиплоидные клетки. Частным случаем этого типа мутаций является получение организмов, в клетках к-рых содержится не два, как обычно, а лишь один набор хромосом. Такие клетки назызают гаплоидными.

Мутагены. Первоначально искусственное получение мутаций было достигнуто с помощью жестких излучений (рентгеновские лучи), затем было установлено, что мутации могут вызывать . ультрафиолетовые лучи, потоки заряженных частиц (быстрые и медленные протоны,    электроны,    мезоны   и   др.)

Иное действие на генетический аппарат клеток оказывает ультрафиолетовое излучение. В довольно широком диапазоне волн эти лучи поглощаются нуклеиновыми к-тами и, воздействуя на электроны атомов, входящих в состав ДНК, и передавая им свою энергию, возбуждают их. Это повышает реакционную способность групп атомов в составе азотистых оснований в ДНК, после чего в месте возбуждения азотистые основания либо реагируют с молекулами воды, либо соединяются между собой, образуя так наз. димеры (3, 4). Иногда на значительном протяжении в ДНК разрываются связи, соединяющие две цепочки молекулы ДНК, и освободившиеся в этих участках основания получают возможность взаимодействовать с окружающими их молекулами.

Наряду с радиационными описано большое число (несколько сотен) химич. мз'тагенов, к-рые оказались в ряде случаев даже более мощными мутагенными факторами, чем ионизирующее и ультрафиолетовое   излучение.

По времени действия на генетический аппарат клеток мутагены могут быть разделены на два типа: действующие на покоящуюся ДНК и способные вызывать мутации лишь во время репликации (удвоения)  ДНК.

Мутагены первого типа способны присоединять к азотистым основаниям и фосфатным группам в ДНК разнообразные группировки атомов (4). После этого либо изменяются кодирующие свойства ДНК и во время ее репликации напротив измененных оснований встраиваются неправильные основания, либо происходит разрыв остова молекул ДНК, что может, в частности, приводить к возникновению хромосомных перестроек. После действия многих мутагенез часть азотистых оснований может быть утеряна и тогда на место образовавшихся брешей могут присоединиться любые основания, что опять-таки приводит к нарушению смысла генетической записи. Возникшие при этом изменения проявляются в замене аминокислот в белках, строящихся под контролем поврежденного гена.

К мутагенам второго типа относятся разнообразные соединения, близкие ИЛИ аналогичные по структуре азотистым основаниям, и другие вещества, соединяющиеся с ДНК и мешающие правильной ее репликации. Нек-рые из них приводят   к   вставке   в   ДНК   лишних основании или выпадению пз ее молекул отдельных звеньев — нуклеотидов (так наз. мутации сдвига чтения). Наконец, известны химич. мутагены, действующие гл. обр. во время репликации ДНК, но способные оказывать мутагенное воздействие и на покоящуюся ДНК. Воздействие таких химич. соединений приводит к мощному увеличению частоты мутирования.

Мутагенное действие оказывают также бактериальные вирусы, вирусы насекомых п млекопитающих, препараты ДНК. Хотя относительная частота появляющихся при их действии мутаций невелика, однако типы возникающих мутаций и специфичность М. разнообразны.

Мутации п здоровье человека. Клетки организма человека подвержены мутированию как в нормальных условиях жизнедеятельности (спонтанные мутации), так и при воздействии радиационными и химич. мутагенами (индуцированный М.). Частота спонтанного мутирования у человека изучена для многих признаков; ее можно сопоставить с частотой мутирования у других организмов. В среднем на 1 млн. рождений в одном случае наблюдается появление наследственной болезни, обусловленной спонтанной мутацией в определенном гене. Однако, учитывая, что у человека имеется, по крайней мере, несколько десятков тысяч генных локусов, можно подсчитать, что ок. 15% всех гамет (половых клеток) может нести в себе новую патологич. мутацию. Несмотря на грубую приближенность этих оценок и невозможность пока дать более точные оценки, следует призвать, что эти цифры подтверждаются наблюдениями генетиков и врачей. Это означает, что при имеющемся населении Земли не менее 70 млн. новорожденных несут новые мутации. Эта огромная цифра может еще увеличиться, если в окружающей нас среде будут накапливаться вредные для наследственности вещества, если в атмосфере по-прежнему будут производиться ядерные взрывы и если человечество не примет действенных мер против загрязнения окружающей среды.